疲劳断裂是构件安全服役的关键力学问题之一。车轴作为高速列车走行部的关键零部件,在服役过程中,易遭受硬质外物的击打,造成轴身表面损伤,而发生低应力疲劳断裂,危及行车安全。为了模拟外物损伤（Foreign Object Damage,FOD）和评价损伤对车轴疲劳性能的影响,本研究工作如下:本文采用空气炮装置发射钨钢弹体在S38C车轴钢四点弯曲试样表面预制损伤以模拟实际车轴FOD。使用激光共聚焦显微镜、显微硬度计、拉伸试验机、体视显微镜、扫描电子显微镜和高频疲劳试验机等设备表征损伤前材料的基本性能及损伤后缺陷的宏观形貌及微观损伤等,采用逐步加载法测试FOD试样的疲劳强度,以研究FOD与疲劳性能的关系,并从损伤容限的角度对车轴损伤尺寸进行评估,为我国高速列车S38C车轴FOD评价、检修规程修订提供参考。论文主要得出以下结论:（1）S38C车轴经过表面感应淬火处理,为梯度材料。有效淬硬层厚度约2.5 mm,组织为回火马氏体,显微硬度高达560 HV,抗拉强度高达1794 MPa;距表面深度大于7 mm为基体材料,组织为珠光体+铁素体,显微硬度约为200 HV,抗拉强度约为620MPa。（2）在不同的冲击速度及不同的入射角度下发射圆球弹体冲击光滑试样表面。冲击所形成的凹坑缺陷,其损伤程度随着冲击速度的增加而增大。缺陷底部晶粒被细化、拉长,晶粒沿凹坑底部轮廓呈取向性分布。较低速度（200 m/s）冲击,仅有少部分缺陷底部产生绝热剪切带和裂纹;FOD试样疲劳强度随着冲击角度的增大呈线性下降趋势;疲劳裂纹源萌生于凹坑边缘材料失效处,多为单源开裂。较高速度（300 m/s和400m/s）冲击,缺陷底部均产生绝热剪切带和长裂纹;FOD试样疲劳强度值在300～400 MPa之间波动;疲劳断口分析表明部分损伤试样存在多个疲劳裂纹源以及明显的海滩状条纹。（3）在不同的冲击速度下垂直发射正方体弹体冲击光滑试样表面。主要形成面缺陷、边缺陷和角缺陷。缺陷表面会出现片层结构和材料熔化等现象。缺陷底部的晶粒由于弹体高速撞击而破碎、细化,晶粒被拉长,无明显取向性。较低能量（0.5 J）冲击,仅形成面缺陷,并且随着缺陷深度的增加,FOD试样的疲劳强度逐步下降。较高能量（8 J）冲击,三种缺陷均会形成,大部分FOD试样疲劳失效源于角缺陷,其疲劳强度值在375 MPa上下浮动。其余能量冲击,FOD试样疲劳强度值在350～550 MPa之间波动。几乎所有的疲劳裂纹都从缺陷底部或边缘等材料严重失效处萌生及扩展。（4）以缺陷沿轴向的投影截面积平方根area1/2为评定参数,基于线弹性断裂力学理论预估的长裂纹疲劳扩展的安全尺寸为area1/2=689μm,基于修正的KitagawaTakahashi模型预估的安全尺寸为area1/2=570μm。以缺陷深度d为衡量指标,对实验数据进行拟合,在95%置信度水平下,安全尺寸为d=600μm。